Arquitectura GPON

Al ser uno de los sistemas de Redes Ópticas Pasivas, GPON consta de un OLT (Optical Line Terminal), ubicado en las dependencias del operador y una ONU/ONT (Optical Networking Terminal) ubicado en las dependencias de los abonados.

La OLT consta de varios puertos de línea GPON, cada uno soportando hasta 64 ONT's. En las arquitecturas donde es necesario complementar con tecnologías XDSL, las ONT son sustituidas por MDU (Multi-Dwelling Units), reutilizando así el par de cobre instalado pero, a su vez, consiguiendo las cortas distancias necesarias para conseguir velocidades simétricas de hasta 100 Mbps por abonado.

pág. 48 La OLT está conectada a la red conmutada mediante interfaces normalizados, tanto en términos de velocidad binaria, balance de potencia, fluctuación de fase, etc. Consta de 3 partes principales:

 Función de interfaz de puerto de servicio.  Función de conexión cruzada.

 Interfaz de red de distribución óptica.

El estándar establece diferentes configuraciones de red, relacionadas con la protección de la misma. Así pues, se puede introducir redundancia en la arquitectura de transmisión, duplicando la fibra de transporte entre el OLT y el divisor de cabecera. Incluso, esta redundancia se puede extrapolar a planta externa, entre los divisores y los ONTs, mallando la red aun más.

Así pues, la red puede tener tres tipos de configuraciones determinadas:

Figura No 1. 16: Configuración de red GPON basada en la protección

 Configuración Básica. Está constituida por una fibra de conexión entre el divisor de cabecera y el OLT. Además, la conexión entre los diferentes divisores de etapa y sus ONT correspondientes, se realizan a través de un enlace monofibra. Esta configuración requiere técnicas WDM.

 Diversificación OLT. Esta configuración, establece un enlace de dos fibras entre el divisor de cabecera y el OLT. La conexión entre los divisores de etapa y los ONT se realizan a través de enlace monofibra. Con esta configuración, no es necesaria la utilización de WDM, ya que la información de cada canal (ascendente y descendente) viajan a través de una fibra óptica dedicada.

 Diversificación Total. Con esta configuración, se establece, además de un enlace de dos fibras entre el divisor de cabecera y el OLT, una conexión bifibra entre los diferentes

pág. 49 divisores de etapa y los ONT, mallando la red de unos divisores a otros, y diversificando la señal de unos divisores a otros (antes independientes entre si).

La ONU/ONT tiene bloques funcionales similares a la OLT, con la diferencia que para el manejo del tráfico en lugar del bloque de conexión cruzada se especifica la función MUX y DEMUX de servicio.

Las ONUs/ONT proveeen funcionalidades de capa 2 y capa 3, los cuales permiten el ruteo del tráfico interno en la ONU. EL diseño y costos de la ONU son factores clave para el desarrollo de la tecnología PON utilizada.

Para conectar la OLT con la ONT con datos, se emplea un cable de fibra óptica para transportar una longitud de onda de downstream. Mediante un pequeño divisor pasivo que divide la señal de luz que tiene a su entrada en varias salidas, el tráfico downstream originado en la OLT puede ser distribuido.

Puede haber una serie de divisores pasivos 1 x n (donde n = 2, 4, 8, 16, 32, o 64) en distintos emplazamientos hasta alcanzar los clientes. Esto es una arquitectura punto a multipunto o una topología en árbol. Los datos upstream desde la ONT hasta la OLT, se distribuyen en una longitud de onda distinta para evitar colisiones con la transmisión downstream, se agrega por la misma unidad divisora pasiva permitiendo que el tráfico sea recolectado desde la OLT sobre la misma fibra óptica que envía el tráfico downstream.

pág. 50 Para el tráfico downstream se realiza un broadcast óptico, aunque cada ONT sólo será capaz de procesar el tráfico que le corresponde o para el que tiene acceso por parte del operador, gracias a las técnicas de seguridad AES (Advanced Encryption Standard). Para el tráfico upstream los protocolos basados en TDMA (Time Division Multiple Access) aseguran la transmisión sin colisiones desde la ONT hasta la OLT. Además, mediante TDMA sólo se transmite cuando sea necesario, por lo cual, no sufre de la ineficiencia de las tecnologías TDM donde el período temporal para transmitir es fijo e independiente de que se tengan datos o no disponibles.

Un beneficio añadido es la escalabilidad que tienen las redes de fibra óptica gracias al empleo de multiplexación por división de longitud de onda (WDM), tecnología que permite aumentar el ancho de banda disponible multiplexando varias señales con diferentes longitudes de onda sobre una única fibra óptica.

Esto implica que, una vez realizado el despliegue de fibra, no es necesario hacer cambios sobre ´el para aumentar la capacidad de la red. Si tenemos desarrollada una red GPON, podremos evolucionar a XGPON (tasas de 10Gbps compartidos), WDM PON (1 Gbps simétrico para cada usuario) y 10G-PON (10 Gbps simétricos para cada usuario) sin que la modificación de la infraestructura de fibra suponga un gasto añadido. Esto presenta una ventaja respecto a las redes basadas en cobre, ya que los cables Ethernet se clasifican en categorías según la tasa de transmisión soportada y por tanto, si queremos aumentar la capacidad de la red debemos cambiar el cableado a una categoría superior.

Capa Física

Las normativas ITU-T G.984.1 y G.984.2 establecen la velocidad y capacidad de la línea en cada sistema, así como los requerimientos del medio físico necesario para otorgar dicho servicio.

En GPON, se transmite bajo una fibra, o bajo dos fibras ópticas en el enlace OLT-ONT. En función de una u otra configuración, el funcionamiento en bandas ópticas es diferente.

Así pues, las bandas de transmisión en longitud de onda para cada canal (ascendente y descendente), son las definidas asi:

pág. 51 1 fibra  1260-1360nm (Upstream) y 1480-1500nm (Downstream)

2 fibras  1260-1360nm (Upstream) y 1260-1360nm (Downstream)

Esta transmisión, también según la normativa G.984.2, debe realizarse bajo fibra monomodo optimizada para 2ª ventana, según se especifica en la normativa ITU-T G.652 para este canal de transmisión. La transmisión en 2ª ventana es aquella banda de longitudes de onda con un máximo en 1310 nm, y comprendida entre 1190 – 1390 nm.

Para la transmisión de luz, el estándar también fija un código de línea determinado, siendo éste el NRZ o sin retorno a cero (Non Return to Zero) pseudoaleatorizado. La señal binaria es codificada usando pulsos rectangulares, que no son más que amplitudes modulares con código determinado. La señal fluctúa entre +1 y -1 en función de si hay luz o no (bit=1, bit=0),

Figura No 1. 18: Código de Línea NRZ

En cuanto al número de saltos y divisores ópticos permitidos por la red, el estándar G.984.2 establece un máximo de hasta 128 divisores por cada OLT de cabecera.

Además, la normativa incluye una serie de divisores genéricos, siendo estos: 1:16, 1:32, y 1:64. Según el dato anterior, podemos calcular el máximo de usuarios permitidos por OLT asi:

pág. 52 Como beneficio en esta red, vemos una reducción de instalación de nodos OLT (equipo activo) aumentando el número de divisores (elemento pasivo), que son considerablemente más económicos, y por tanto, reducimos el coste global de despliegue de la red GPON.

El número de divisores instalados influye en las pérdidas por atenuación de la red. Estos elementos, introducen un nivel de pérdidas en la red que, sumado a los de otros elementos pasivos y a las pérdidas de la propia fibra óptica, suponen un nivel global de pérdidas que permiten clasificar la red GPON en 3, en función de su calidad. Así pues, existen tres tipos de redes GPON en función de su calidad, asociadas a un rango de pérdidas determinado entre el OLT de cabecera y el ONT de usuario final asi:

Tipo de ODN CALIDAD Márgen de Pérdidas

A Excelente 5 - 20db

B Muy Buena 10 – 25db

C Buena 15 – 30db

Tabla No 1. 2: Tipos de redes GPON en base a Calidad

La calidad, se encuentra directamente asociada a dos parámetros muy importantes de la red, que son la capacidad nominal de la red, y la distancia máxima de enlace.

Así pues, se establece una serie de conjuntos de velocidad, asociados a un canal determinado (ascendente y descendente). Independientemente de la capacidad final de la red. El usuario final puede disfrutar de diversas velocidades, sin necesidad de tener que contratar el máximo de velocidad ofrecido por la red.

Así pues, para ofrecer ciertas cotas de capacidad, es necesario tener un tipo de ODN mínimo determinado. No es factible, por ejemplo, otorgar un servicio de máxima capacidad 2,5 Gbps mediante una red ODN/C. Para ello, el estándar establece las siguientes asociaciones entre paquetes de velocidad y clase de ODN.

pág. 53 Capacidad Nominal ODN Min

Downstream Upstream 1.244,16 Mbps 155,52 Mbps C 1.244,16 Mbps 622,08 Mbps C 1.244,16 Mbps 1.244,16 Mbps B 2.488,32 Mbps 155,52 Mbps B 2.488,32 Mbps 622,08 Mbps B 2.488,32 Mbps 1.244,16 Mbps A 2.488,32 Mbps 2.488,32 Mbps A

Tabla No 1. 3: Capacidades Nominales respecto al tipo de red

En cuanto a la distancia permitida entre el OLT y el ONT, que garantiza los cotas de capacidad de la tabla anterior, el estándar GPON establece:

 Alcance lógico. Es la distancia máxima permitida para la gestión del enlace por capas superiores: MAC, IP, etc. Esta distancia es de hasta 60 km entre el OLT de cabecera y el ONT de usuario.

 Alcance físico. Es la distancia máxima de cable físico instalado entre el OLT de cabecera, y el ONT de usuario final, siendo ésta de hasta 20 km.